高中物理：4.2《测定介质的折射率》教案 粤教版选修3-4

用心 爱心 专心 测定介质的折射率测定介质的折射率 教案教案 重要知识提示重要知识提示 1 1 实验目的 原理 实验目的 原理 1 实验目的 测定玻璃的折射率 掌握光发生折射时入射角和折射角的确定方法 2 实验原理 如图 3 80 所示 用插针法找出与入射光线 AO 对应的出射光线 O B 确定出 O 点 画 出折射光线 00 然后测量出角 和 根据 sin sin n计算玻璃的折射率 2 2 实验器材 实验器材 白纸 图钉 大头针 直尺 铅笔 量角器 平 木板 长方形玻璃砖 3 3 实验步骤及调整安装 实验步骤及调整安装 1 将白纸用图钉按在绘图板上 2 在白纸上画出一条直线 aa 作为界面 线 过 aa 上的一点 O 画出界面的法线 NN 并 画一条线段 AO 作为入射光线 3 把长方形玻璃砖放在白纸上 使它的长边跟 aa 对齐 画出玻璃砖的另一边 NN 4 在直线 AO 上竖直插上两枚大头针 P1 P2 透过玻璃砖观察大头针 Pl P2的像 调整视 线方向 直到 P2档住 P1的像 再在观察的这一侧插两枚大头针 P3 P4 使 P3档住 Pl P2的 像 P4档住 P3及 P1 P2的像 记下 P3 P4的位置 5 移去大头针和玻璃砖 过 P3 P4所在处作直线 O B 与 bb 交于 0 直线 0 B 就代 表了沿 AO 方向入射的光线通过玻璃砖后的传播方向 6 连接 00 入射角 a AON 折射角 O ON 用量角器量出入射角和折射角 从 三角函数表中查出它们的正弦值 把这些数据记录在自己设计的表格中 7 用上述方法分别求出入射角分别为 300 450 600时的折射角 查出它们的正弦值 填 人表格中 8 算出不同入射角时的比值面 sin sin 最后求出在几次实验中所测面 sin sin 的平均值 即为玻璃砖折射率的测量值 4 4 注意事项 注意事项 1 实验时 尽可能将大头针竖直插在纸上 且 P1和 P2之间 P2与 O 点之间 P3与 P4之 间 P3与 0 之间距离要稍大一些 2 入射角 a 应适当大一些 以减小测量角度的误差 但入射角不宜太大 也不宜太小 3 在操作时 手不能触摸玻璃砖的光洁光学面 更不能用玻璃砖界面代替直尺画界线 4 在实验过程中 玻璃砖与白纸的相对位置不能改变 5 玻璃砖应选用宽度较大的 宜在 5cm 以上 若宽度太小 则测量误差较大 5 5 数据处理及误差分析 数据处理及误差分析 此实验是通过测量入射角和折射角 然后查数学用表 找出入射角和折射角的正弦值 用心 爱心 专心 再代人 sin sin n中求玻璃的折射率 除运用此方法之外 还有以下处理数据的方法 处理方式 1 在找到人射光线和折射光线以 后 以入射点 0 为圆心 以任意长为半径画圆 分别 与 AO 交于 C 点 与 00 或 00 的延长线 交于 D 点 过 C D 两点分别向 NNl 作垂线 交 NN 于 C D 用直尺量出 CC 和 DD 的长 如图 3 81 所示 由于 CO CC sin DO DD sin 而 CO DO 所以折射率 sin sin 1 DD CC n 重复以上实验 求得各次折射率计算值 然后求其平均 值即为玻璃砖折射率的测量值 处理方式 2 根据折射定律可得 sin sin n 因此有 sin 1 sin n 在多次改变入射角 测量相对应的入射角和折射角正弦值基础上 以 sina 值为横坐标 以 sin 值为纵坐标 建立直角坐标系 如图 3 82 所示 描数据点 过数据点连线得一条 过原点的直线 求解图线斜率 设斜率为 k 则 n k 1 7Z 故玻璃砖折射率 k n 1 典型范例导析典型范例导析 例 1 某同学用插针法测定玻璃砖的折射率 他的实验方法和操作步骤正确无误 但他处理实验记录时发现玻璃砖的两个光学面 aa 与 bb 不平行 如图 3 83 所示 则 A P1P2与 P3P4两条直线平行 B P1P2与 P3P4两条直线不平行 C 他测出的折射率偏大 D 他测出的折射率不受影响 解析如图 3 83 所示 在光线由绷 面进入 玻璃砖的偏折现象中 由折射定律 sin sin n 在光线由 bb 射出玻璃砖的现象中 同理 i n sin sin 若 aa 与 bb 平行 则 i 因此 用心 爱心 专心 此时入射光线 AO 与出射光线 O B 平行 若 aa 与 bb 不平行 则 i 因此 此时入射光线 AO 与出射光线 O B 不 平行 选项 B 正确 在具体测定折射率时 要求实验方法 光路均准确无误 折射率的测量值应不受 aa 与 bb 是否平行的影响 选项 D 正确 答案 B D 点评 1 入射光线与出射光线是否平行 取决于玻璃砖两界面 aa 与 bb 是否平行 2 利用插针法确定光的入射点和出射点 从而确定入射光线和折射光线 此方法可适 合应用平行玻璃砖 棱镜 圆柱形玻璃体等 例 2 在利用插针法测定玻璃砖折射率的实验中 1 甲同学在纸上正确画出玻璃砖的两个界面 aa 和 bb 后 不自觉地碰了玻璃砖使它 向 aa 方向平移了少许 如图 3 84 所示 则他测出的折射率值将 选填 偏大 偏 小 或 不变 2 乙同学在画界面时 不自觉地将两界面 aa bb 间距画得比玻璃砖宽度 大些 如 图 3 85 所示 则他测得折射率 选填 偏大 偏小 或 不变 解析 1 如图 3 86 所示 甲同学利用插针法确定入射光线 折射光线后 测得的入射 角 折射角没有受到影响 因此测得的折射率将不变 2 如图 3 87 所示 乙同学利用插针法确定人射光线 折射光线后 测得的入射角不受 影响 但测得的折射角比真实的折射角偏大 因此测得的折射率偏小 能力跟踪训练能力跟踪训练 1 一位同学模仿用玻璃砖测定玻璃折射率方法 改用玻璃三棱镜测定玻璃的折射率 他的主要步骤如下 A 在白纸上放一玻璃三棱镜并画出它的三边 AB BC 和 CA B 以 AB 界面画一条线段 DO 作为人射线 并在 DO 上竖直地插上两枚大头针 P1和 P2 C 在 AC 的一侧竖直地插上大头针 P3时 用眼睛观察并调整视线使 P3同时能挡住 P1P2 的像 D 同样 在 AC 的一侧再竖直地插上大头针 P4时 用 用心 爱心 专心 眼睛观察并调整视线使 P4同时能挡住 P3和 P1 P2的像 E 记下 P3 P4的位置移去玻璃三棱镜 过 P3P4引直线 O E 与 AC 交于 O 过 0 点画界面 AB 的法线 NN 你能否根据他的实验记录测出玻璃的折射 率 若能 请你在图 3 88 上标出入射角和折射角 并用三角函数值表示玻璃的折射率 2 在用插针法测定玻璃的折射率的实验中 某同学操作步骤如下 将记录光路的白纸铺放在平木板上 手拿玻璃砖的毛面或棱 将其轻放在白纸上 用铅笔环绕玻璃砖画出边界 aa 和 bb 在 aa 上选择一点 0 作为不同入射角的入射光线的共同入射点 画出入射角 i 分别 为 00 300 45 的入射光线 用 插针法 分别得到各条入射光线的折射光线 观察时着重看大头针针帽是否在一 条直线上 取下玻璃砖 大头针 连接各针孔 发现所画折射光线中有两条相交 量出各个 折射角 r 按公式分别计算 sin sini 取三个值的算术平均值 以上步骤中有错误或不妥之处的是 应改正为 3 在测定玻璃的折射率的实验中 对一块两面平行的玻璃砖 用插针法找出与入射光 线对应的出射光线 现有甲 乙 丙 丁四位同学分别做出如图 3 89 所示的四组插针结果 从图上看 肯定把大头针插错了的同学是 从图上看 测量结果准确度最高的同学是 4 某同学在做测定玻璃的折射率实验中 记录如图 3 90 所示 P1 P2 P3 P4为大头 针位置 如果 aa 和 bb 画得不严格与折射面平行 画成图示中虚线位置 则使得折射率 选填 偏大 偏小 或 不变 5 某同学在测定一厚度均匀的圆柱形玻璃的 折射率时 先在白纸上作一与玻璃圆柱同半径的 圆 圆心为 0 将玻璃圆柱平放在白纸上 使其边 界与所画的圆重合 在玻璃一侧竖直插两枚大头 针 P1和 P2 在另一侧再先后插两枚大头针 P3和 P4 使从另一侧隔着玻璃观察时 大头针 P4 P3和 P2 P1的像恰好在一条直线上 移去玻璃 圆柱和大头针后 在白纸上得到如图 3 91 所示 在图中画出 用心 爱心 专心 沿 P1 P2连线方向的入射线通过圆形玻璃后的传播方向 光线在玻璃内的传播方向 在光线的入射点作法线 标出入射角 和折射角 写出计算玻璃折射率的公式 不必计算 答案与提示答案与提示 1 能根据该同学的记录测定玻璃的折射率 如图 3